Persoonlijke ervaring wil wel eens helpen. Anurag Agarwal, van de afdeling ingenieurswetenschappen aan Cambridge, logeerde bij een vriend die een klein lek in zijn dak had, en er voorlopig een emmer onder had gezet. Het pling ... Pling … PLING van de neerkomende druppels hield hem uit zijn slaap. Als het al niet erger was: gevangenen van alle zintuiglijke input beroven, behalve het geluid van een vallende druppel, is een bekende martelmethode. Je wordt er langzaam gek van.

Vraag nog nooit ernstig genomen

Geen klein probleem dus, maar Agarwal ontdekte tot zijn verwondering dat hij er nergens in de vakliteratuur iets over vond. Niemand had al uitgezocht waarom een druppel die het wateroppervlak raakt, zo’n intens geluid produceert. En dus wist ook niemand of je er iets aan kon doen – behalve uiteraard het lek repareren. Of de kraan goed dicht draaien.

Zijn vakgenoten hadden zich wel uitgebreid gebogen over de ‘fysische mechanica’ van vallende druppels: welke vorm nemen ze aan, hoe ontstaat de opstijgende ring rond hun inslagplaats, hoe splitst zich daar soms een kring van opstijgende druppeltjes vanaf, hoe veert het wateroppervlak terug, eventueel zelfs tot er een kleinere druppel loskomt en weer neervalt. Allemaal aan superhoge snelheid gefilmd, doorgerekend en verklaard met de wetten van de aerodynamica, de hydrodynamica en de mechanica. Maar de acoustica? Al die waterbewegingen zouden wel voor dat geluid zorgen, zeker?

Agarwal, hoofd van het akoestiek-lab van Cambridge, wist wat hem te doen stond. Met een bezoekende collega van de Universiteit van Poitiers en een thesisstudent bouwde hij een opstelling met een kraan, een hoge-snelheidscamera, een hypergevoelige microfoon en een hydrofoon.

Luchtbel

Eerste verwondering: alle beweging en gerimpel van de druppel en van het wateroppervlak waren niet in staat om een geluidsgolf te veroorzaken die ook maar enigszins in de buurt van het ergelijke pling kwam. Talloze mensen voor hen hadden al gefilmd hoe een druppel het water raakt, een put slaat, als een opstijgende kolom terugveert. Maar waar niemand veel aandacht aan had besteed: de inslagkrater veert zo snel terug dat er helemaal onderin een klein luchtbelletje gevangen wordt. Dat oscilleert en het is die trilling die voor de pling zorgt!

Al is het niet de trillende luchtbel alleen. Die is enkel de aanjager. Het ergerlijke geluid ontstaat enkel als de luchtbel dicht genoeg bij de bodem van de inslagput blijft, zodat haar trillingen het wateroppervlak mee aan het trillen krijgen, dat dan op zijn beurt de lucht erboven doet trillen. Pling!

En een oplossing

Voor de gemiddelde wetenschapper eindigt het probleem hier: het is verklaard. Maar Agarwal is een ingenieur: die willen met hun kennis ook iets doen.

Trillingen van een wateroppervlak zijn afhankelijk van de ‘oppervlaktespanning’ van dat oppervlak, de sterkte waarmee de vloeistof bij elkaar gehouden wordt. Verlaag die oppervlaktespanning, bijvoorbeeld met een detergent, en je water krijgt heel andere eigenschappen. Het schuimt, om maar dat te noemen. En het trilt minder goed. Adieu pling.

Dus: als u nog eens een emmer onder een lek zet, eerst een drupje afwasmiddel in doen.

Agarwal ziet nog een toepassing: eindelijk kunnen sonorisators van films een synthesizer programmeren om een overtuigende pling te produceren, in plaats van met een microfoon het juiste geluid te moeten gaan opnemen.